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近日，在長(zhǎng)沙舉行的“中國(guó)力學(xué)大會(huì)—2025”揭曉了第十五屆全國(guó)周培源大學(xué)生力學(xué)競(jìng)賽的比賽結(jié)果。本屆比賽首次增設(shè)“空間軌道設(shè)計(jì)”團(tuán)體賽，清華大學(xué)團(tuán)隊(duì)摘得桂冠（特等獎(jiǎng)），并獲得了下一屆“空間軌道設(shè)計(jì)”團(tuán)體賽的承辦權(quán)，北京理工大學(xué)團(tuán)隊(duì)和南京航空航天大學(xué)團(tuán)隊(duì)分別獲得亞軍和季軍（一等獎(jiǎng)）。其中，國(guó)防科技大學(xué)自主研發(fā)的國(guó)產(chǎn)航天任務(wù)設(shè)計(jì)工業(yè)軟件ATK，助力眾多非航天專業(yè)參賽者圓滿完成了“遨游九天”的比賽任務(wù)。

本屆賽題以太空碎片清除為背景，給定了三個(gè)可投送碎片清除裝置的母航天器，要求合理部署母航天器的初始位置，并設(shè)計(jì)每個(gè)母航天器的軌道機(jī)動(dòng)策略，以實(shí)現(xiàn)較短時(shí)間內(nèi)清除掉更多碎片的目標(biāo)，可形象化描述為設(shè)計(jì)三條“太空七節(jié)鞭”。考慮到大多數(shù)參賽者為非航天專業(yè)本科生，本屆競(jìng)賽參照去年的全國(guó)空間軌道設(shè)計(jì)競(jìng)賽本科生賽道，采用依托ATK軟件進(jìn)行解題的模式。在該軟件的助力下，各參賽隊(duì)上手極快，開賽不到1小時(shí)就有隊(duì)伍提交了正確結(jié)果，開賽6小時(shí)就達(dá)到了40支。比賽結(jié)束時(shí)，共有109支隊(duì)伍提交了正確結(jié)果，提交率超過(guò)85%。

“ATK軟件方便繪圖，可以直觀展示結(jié)果，二次開發(fā)功能豐富，接口便捷，可以靈活支撐優(yōu)化框架。”冠軍清華大學(xué)團(tuán)隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)吳亦烜介紹，為保證方案的全局性，他們將每個(gè)母航天器軌道分解為4段，設(shè)計(jì)雙脈沖轉(zhuǎn)移連接相鄰兩段，從而實(shí)現(xiàn)高效清理不同相位的碎片。設(shè)計(jì)方案中，他們將1天分為4個(gè)相互重疊的8小時(shí)時(shí)段，針對(duì)不同時(shí)間段大規(guī)模搜索清理碎片數(shù)量高的軌道。針對(duì)碎片源于一個(gè)解體航天器的設(shè)定，制定了對(duì)應(yīng)的解決方案，并解析估計(jì)了母航天器的碎片清除范圍，從而確定了搜索母航天器軌道段的較優(yōu)區(qū)域。

在ATK軟件的助力下，空間軌道設(shè)計(jì)不再是航天人的專屬，很多非專業(yè)的參賽隊(duì)伍也憑借優(yōu)秀方案取得了不錯(cuò)成績(jī)。

南昌大學(xué)參賽團(tuán)隊(duì)獲得了二等獎(jiǎng)?！百愵}最大的挑戰(zhàn)在于南昌大學(xué)尚未開設(shè)專門的空間軌道設(shè)計(jì)課程，5名參賽隊(duì)員和3名指導(dǎo)老師在該領(lǐng)域知識(shí)體系幾乎完全空白，但借助ATK軟件短時(shí)間內(nèi)為我們建立了從‘門外漢’到‘實(shí)操者’的橋梁。”指導(dǎo)老師廖寶鵬介紹，比賽過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)持續(xù)開展優(yōu)化算法與ATK工具包進(jìn)行結(jié)合的二次開發(fā)思路，驅(qū)動(dòng)自動(dòng)化、智能化的軌道尋優(yōu)過(guò)程，繞過(guò)復(fù)雜的理論與耗時(shí)的計(jì)算過(guò)程，將團(tuán)隊(duì)的優(yōu)化思路落到實(shí)處，從浩如煙海的參數(shù)空間中高效篩選出最優(yōu)的軌道解決方案，最終以98顆碎片的捕獲數(shù)量定格競(jìng)賽成績(jī)。

全國(guó)周培源大學(xué)生力學(xué)競(jìng)賽是國(guó)內(nèi)力學(xué)領(lǐng)域最具影響力的高水平學(xué)科競(jìng)賽之一，自1988年創(chuàng)辦以來(lái)，已成功舉辦15屆。